DE3512553C2

DE3512553C2 -

Info

Publication number: DE3512553C2
Application number: DE19853512553
Authority: DE
Inventors: Sergei Venediktovic Motsygin; Anatolij Loginovic Stepin; Isaak Nochimovic Sklyarov; Nikolai Alekseevic Moskau/Moskva Su Slyapin
Original assignee: NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT TECHNOLOGII AVTOMOBIL'NOJ PROMYSLENNOSTI (NIITAVTOPROM) MOSKAU/MOSKVA SU
Current assignee: NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT TECHNOLOGII AVTOMOBIL'NOJ PROMYSLENNOSTI (NIITAVTOPROM) MOSKAU/MOSKVA SU
Priority date: 1985-04-06
Filing date: 1985-04-06
Publication date: 1989-08-31
Also published as: DE3512553A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von warmgewalzten Kegelrädern mit einer Grundfläche, kegeligen Außenfläche und Kranz durch Abtrennen eines Radrohlings zum Gesenkschmieden, Schmieden des Radrohlings im Gesenk, Entgraten unter gleich zeitigem Lochen einer Mittenbohrung im Radrohling, Ausformen einer Zentrierfläche und eines Profils des Kranzes des Rad rohlings zum Walzen von Radzähnen, Zentrieren des Radrohlings nach der Zentrierfläche, Induktionserwärmung des Radrohlings und Warmwalzen der Radzähne.The present invention relates to a method for the production of hot-rolled bevel gears with a base, conical outer surface and ring Cutting off a wheel blank for drop forging, Forging the wheel blank in the die, deburring under the same puncturing a center hole in the wheel blank, forming a centering surface and a profile of the rim of the wheel blanks for rolling wheel teeth, centering the wheel blank after the centering surface, induction heating of the wheel blank and hot rolling the wheel teeth.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-Zeitschrift VDI-Z. 105 (1963), Nr. 31, S. 1458 bekannt.Such a procedure is over the DE magazine VDI-Z. 105 (1963), No. 31, p. 1458.

Bei dem bekannten Verfahren geschieht das Gesenkschmieden des Radrohlings in einer üblichen mechanischen Schmiedepresse, wie dies z. B. aus dem US-Buch "Metals Handbook", 8th Edition 1970, Vol. 5: Forging and Casting, S. 15, Example 1 bekannt ist. Erst danach wird der Radrohling weiterbearbeitet und dabei die Basisfläche und das Kranzprofil ausgeformt.Die forging occurs in the known method the wheel blank in a conventional mechanical forging press, like this B. from the US book "Metals Handbook", 8th Edition 1970, Vol. 5: Forging and Casting, p. 15, Example 1 is. Only then is the wheel blank processed and the base surface and the crown profile are formed.

Als Zentrierfläche zum Walzen der Zähne wird die Oberfläche der Mittenbohrung des Radrohlings und die Grundfläche des Rohlings benutzt. Von der Genauigkeit des Zentrierens des Radrohlings beim Walzen der Zähne hängt die Genauigkeit der geometrischen Parameter des hergestellten Zahnrads ab. Somit hat die Gewinnung einer genauen Zentrierfläche eine große Bedeutung für die erfolgreiche Durchführung der weiteren Arbeitsgänge.The surface is used as a centering surface for rolling the teeth the center hole of the wheel blank and the base of the Blanks used. On the accuracy of centering the Wheel blanks when rolling the teeth depend on the accuracy the geometric parameters of the gear produced. Thus, obtaining an exact centering area has a large one Significance for the successful implementation of the further Operations.

Die Herstellung der Zentrierfläche des Radrohlings zum Walzen der Zähne geschieht beim bekannten Verfahren durch spanab hebende Bearbeitung, insbesondere durch eine Drehbearbeitung der Oberfläche der Mittenbohrung des Radrohlings. Gleich zeitig mit der Drehbearbeitung der Mittenbohrung des Radroh lings erfolgt eine Drehbearbeitung des Rohlingskranzes zur Erzielung des hier gewünschten Profils. Vor diesen Drehbe arbeitungen muß der Radrohling wärmebehandelt, beispielsweise einem Normalglühen und Anlassen unterworfen werden, um dem Metall des Radrohlings eine für die spanabhebende Bearbeitung erforderliche Struktur und Festigkeit zu verleihen.The production of the centering surface of the wheel blank for rolling in the known method, the teeth are machined lifting processing, especially by turning the surface of the center hole of the wheel blank. Soon early with the turning of the center hole of the Radroh lings the blank ring is turned Achievement of the desired profile here. Before this turn the wheel blank must be heat treated, for example be subjected to a normal annealing and tempering process in order to Wheel blank one metal for machining to give required structure and strength.

Nach der Drehbearbeitung wird der Radrohling bis zum Eintreten eines plastischen Zustands induktiv erwärmt, wonach das Warmwalzen der Zähne auf halbautomatischen Zahnradwalzwerken durchgeführt wird, wobei als Walzwerkzeuge Plankegelräder verwendet werden, die während der Bearbeitung mit dem Radroh ling in Eingriff gebracht werden. Das Zahnwalzwerkzeug dringt während seiner Vorwärtsbewegung in das plastische Metall ein, so daß sich das Werkzeug und der Zahnradrohling in gegen seitigem Eingriff drehen und dabei eine Abwälzbewegung aus führen.After turning, the wheel blank is left until it enters a plastic state inductively heated, after which the Hot rolling of teeth on semi-automatic gear rolling mills is carried out, with plane bevel gears as rolling tools used during machining with the wheel tube ling be engaged. The tooth rolling tool penetrates while moving forward into the plastic metal one, so that the tool and the gear blank in against each other side engagement and thereby a rolling movement to lead.

Bei dem bekannten Verfahren verursacht die Herstellung der Zentrierfläche und des Kranzprofils einen beträchtlichen Arbeits- und Zeitaufwand und ist teuer. Für die Wärmebehandlung und die Drehbearbeitung sind zusätzliche Produktionsflächen erforderlich. Innerbetriebliche Transporte sind unvermeidlich. Weitere Nachteile sind ein hoher Elektroenergieverbrauch und Werkzeugverschleiß. Bei der mechanischen Bearbeitung der Zentrierfläche und des Kranzes entsteht ein erheblicher Zerspannungsabfall.In the known method, the production of Centering surface and the crown profile a considerable amount of work and time and is expensive. For heat treatment and turning operations are additional production areas required. In-house transportation is inevitable. High energy consumption is another disadvantage and tool wear. During mechanical processing the centering surface and the wreath is considerable Cutting drop.

Aus der GB-PS 10 75 624 ist eine Herstellung von warmgewalzten Kegelrädern bekannt, bei der der Radrohling während des Walzens der Radzähne in einer Matrize aufgenommen ist, die seine Grundfläche sowie einen schmalen hieran angrenzenden Streifen seiner kegeligen Außenfläche stützt. Diese Randbordabstützung soll hier aber nur dazu dienen, Bewegungen des Rohlings in der horizontalen Ebene in radialer Richtung zu verhindern. Die hauptsächliche Zentrierung geschieht auch hier nach der Mittenbohrung des Radrohlings.From GB-PS 10 75 624 is a production of hot rolled Bevel gears are known in which the wheel blank during rolling the wheel teeth are housed in a die, which is his Base area and a narrow strip adjacent to it supports its conical outer surface. This outboard support but should only serve here, movements of the blank to prevent in the horizontal plane in the radial direction. The main centering also happens here after the center hole of the wheel blank.

Von Bedeutung bei der Herstellung von warmgewalzten Kegelrädern sind auch die Abkühlungsbedingungen des Werkstücks. Üblicher weise findet nur eine natürliche Abkühlung ohne aktive Kühlungsmaßnahmen statt, schon damit die Zone der Ausbildung der Zähne nicht zu schnell erkaltet und die Warmwalzbedingungen sich verschlechtern. Aus der US-PS 30 53 126 ist es bekannt, das Walzwerkzeug durch Wasserbeaufschlagung zu kühlen; das Werkstück selbst wird auch hier nicht gekühlt.Of importance in the production of hot-rolled bevel gears are also the cooling conditions of the workpiece. More common wise only finds a natural cooling without active Cooling measures take place, already the zone of training the teeth did not cool down too quickly and the hot rolling conditions worsen. From US-PS 30 53 126 it is known to cool the rolling tool by applying water; the The workpiece itself is not cooled here either.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Warmwalzverfahrens für Kegelräder, das mit verringertem Arbeits- und Zeitaufwand die Herstellung von maßgenauen Kegelrädern erlaubt.The object of the present invention is to create a Hot rolling process for bevel gears, the one with reduced Labor and time required to produce dimensionally accurate Bevel gears allowed.

Ausgehend von dem eingangs betrachteten bekannten Verfahren gelingt die Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß als einzige Zentrierfläche des Radrohlings ein Abschnitt der kegeligen Außenfläche des Radrohlings gewählt wird, der an die Grundfläche des Radrohlings angrenzt und daß das Ausformen der Zentrierfläche und des Profils des Kranzes des Radrohlings zum Walzen der Zähne während des Gesenk schmiedens des Radrohlings erfolgt, und daß das Walzen der Radzähne unter gleichzeitiger Abkühlung des Abschnitts durch Wasserstrahlen durchgeführt wird.Starting from the known method considered at the beginning the problem is solved according to the invention in that the only centering surface of the wheel blank Section of the tapered outer surface of the wheel blank selected which is adjacent to the base of the wheel blank and that the molding of the centering surface and the profile of the wreath of the wheel blank for rolling the teeth during the die forging the wheel blank, and that the rolling of the Wheel teeth while cooling the section is carried out by water jets.

Beim erfindungsgemäßen Vorgehen geschieht eine aktive intensive Kühlung einer begrenzten Oberfläche, nämlich gerade des die Zentrierfläche ausmachenden, an die Grundfläche angrenzenden Abschnitts der Kegeloberfläche. In Kombination mit dem Halten und Zentrieren des Rohlings nur auf dem an die Grundfläche angrenzenden Abschnitt hat das intensive aktive Abkühlen dieses Abschnitts eine besondere Formbeständigkeit des Werk stücks beim Auswalzen der Zähne zur Folge und verhindert unerwünschte Formänderungen. Die Fertigungsgenauigkeit wird besser.In the procedure according to the invention there is an active intensive Cooling a limited surface, namely just that the centering surface, adjoining the base surface Section of the cone surface. In combination with holding and centering the blank only on the base adjacent section has intensive active cooling this section a special dimensional stability of the work pieces when rolling out the teeth and prevented undesirable changes in shape. The manufacturing accuracy will better.

Dadurch, daß als Zentrierfläche ein Abschnitt der kegeligen Außenfläche des Radrohlings gewählt wird, der an die Grund fläche desselben angrenzt, wird auch eine mechanische Bear beitung der Oberfläche von Bohrung und Kranz vor dem Walzen der Radzähne entbehrlich. Das Ausformen der Zentrierfläche und des Kranzprofils während des Schmiedens im Gesenk, d. h. durch bildsames Umformen anstatt einer Drehbearbeitung gewähr leistet eine Metalleinsparung und erlaubt es, die Dauer und den Arbeitsaufwand der Herstellung von warmgewalzten Zahnrädern zu vermindern, die erforderlichen Wärmebehandlungs- und Drehmaschinenausrüstungen sowie die benutzten Transport mittel zu reduzieren und die beanspruchten Produktionsflächen sowie den Verbrauch an Elektroenergie und Werkzeugen zu verringern.The fact that a portion of the conical as a centering surface Outside surface of the wheel blank is chosen, which is at the bottom adjoining the surface, is also a mechanical bear preparation of the surface of the bore and ring before rolling the wheel teeth can be dispensed with. Forming the centering surface and the crown profile during die forging, d. H. through pictorial forming instead of turning makes a metal saving and allows the duration and the labor of producing hot rolled To reduce gears, the required heat treatment and lathe equipment as well as the transportation used medium to reduce and the claimed production space as well as the consumption of electrical energy and tools reduce.

Die Erfindung wird nachstehend durch Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigtThe invention is described below by describing a Embodiment with reference to the drawings explained further. It shows

Fig. 1 einen geschmiedeten, zum Warmwalzen der Zähne vorbe reiteten Radrohling im Längsschnitt; Figure 1 shows a forged, for the hot rolling of the teeth vorbe ride blank in longitudinal section.

Fig. 2 den Radrohling während des Schmiedens im Gesenk. Fig. 2 shows the wheel blank during forging in the die.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung von warmgewalzten Kegelrädern wird zunächst ein von einer Stange runden Quer schnitts abgetrennter Radrohling auf einer mechanischen Gesenkschmiedepresse geschmiedet. Eine unerläßliche Bedingung für die Erzeugung eines Präzisionsgesenkschmiedestücks ist der Einsatz von präzisionsgefertigten Gesenken. Nach der üblichen Praxis wird der Radrohling 1 in einem geteilten Gesenk 8 aus einem Unterteil 7 und einem Oberteil 9 geschmiedet.In the present process for the production of hot-rolled bevel gears, a wheel blank cut off from a round rod section is first forged on a mechanical die forging press. An indispensable condition for the production of a precision die forging is the use of precision manufactured dies. According to the usual practice, the wheel blank 1 is forged in a divided die 8 from a lower part 7 and an upper part 9 .

Gleichzeitig mit dem Gesenkschmieden des Radrohlings 1 erfolgt das spanlose Ausformen eines Abschnitts 2 der kegeligen Außenfläche 3 des Radrohlings 1, der an die Grund fläche 4 desselben angrenzt. Der Abschnitt 2 der kegeligen Außenfläche dient später als Zentrierfläche zum Walzen der Zähne am Radrohling 1. Gleichzeitig mit dem Ausformen des Abschnitts 2 der kegeligen Außenfläche 3 wird das erforderliche Profil des Kranzes 5 des Radrohlings 1 durch bildsames Umformen erzeugt, das dem Profil des fertigen Kegelrads maximal nahe kommt. Simultaneously with the drop forging of the wheel blank 1 , the chipless shaping of a section 2 of the conical outer surface 3 of the wheel blank 1 , which is adjacent to the base surface 4 of the same, takes place. The section 2 of the conical outer surface later serves as a centering surface for rolling the teeth on the wheel blank 1 . Simultaneously with the shaping of the section 2 of the tapered outer surface 3 , the required profile of the ring 5 of the wheel blank 1 is generated by means of a shaping which comes as close as possible to the profile of the finished bevel gear.

Beim Schmieden wird die kegelige Außenfläche 3 des Radrohlings 1 im Unterteil 7 des Gesenks 8 geformt, während im Oberteil 9 des Gesenks 8 das Kranzprofil des Radrohlings 1 zum Walzen von Zähnen geformt wird. Dabei wird das Gesenk ungleichmäßig abgenutzt. Den geringsten Verschleiß (nur ±0,5 mm) erleidet jener Abschnitt der Gesenkarbeitsfläche, der die kegelige Außenfläche des Radrohlings 1 formt. Dadurch wird hier eine solche Maß- und Geometriestabilität erzielt, daß der Abschnitt 2 der Kegelfläche als Zentrierfläche beim Walzen der Radzähne geeignet ist.During forging, the conical outer surface 3 of the wheel blank 1 is formed in the lower part 7 of the die 8 , while in the upper part 9 of the die 8 the ring profile of the wheel blank 1 is formed for rolling teeth. The die is worn unevenly. The portion of the die work surface that forms the conical outer surface of the wheel blank 1 experiences the least wear (only ± 0.5 mm). As a result, such dimensional and geometric stability is achieved here that section 2 of the conical surface is suitable as a centering surface when rolling the wheel teeth.

Das Gesenk 8 ist so konstruiert, daß der Radrohling 1 mit Zugaben für die mechanische Nachbearbeitung der Zähne und anderen Oberflächen des Zahnrades nach dem Walzen der Radzähne ausgeschmiedet wird.The die 8 is constructed in such a way that the wheel blank 1 is forged with additives for the mechanical finishing of the teeth and other surfaces of the gear after the gear teeth have been rolled.

Danach kommt der fertiggeschmiedete Radrohling 1 in eine Abgratpresse, in welcher er entgratet wird und gleichzeitig eine Mittenbohrung 6 gelocht wird.Then the forged wheel blank 1 comes into a deburring press, in which it is deburred and at the same time a central bore 6 is drilled.

Jetzt wird der zum Walzen fertige Radrohling 1 mit Hilfe eines Manipulators einem Zahnradwalzwerk zugeleitet, wo das Zentrieren desselben nach dem Abschnitt 2 der kegeligen Außenfläche 3 erfolgt, der an die Grundfläche 4 angrenzt. Der zentrierte Radrohling 1 wird in einer Ein spannvorrichtung des Zahnradwalzwerks festgespannt, in Drehung versetzt und es wird ein Induktor automatisch herangeführt, der eine Erwärmung des Zahnradrohlings 1 durch Hochfrequenz ströme bis zum Eintreten des plastischen Zustands des umzu formenden Bereichs bewirkt. Danach wird das Warmwalzen der Radzähne durchgeführt. Während des Walzens der Radzähne wird die Radbasisfläche 2 und gegebenenfalls die Grundfläche 4 durch Wasser gekühlt, was Verformungen in der Zone der Zentrierfläche des Radrohlings verhindert.Now the wheel blank 1 ready for rolling is fed to a gear rolling mill with the aid of a manipulator, where it is centered according to section 2 of the conical outer surface 3 , which adjoins the base surface 4 . The centered wheel blank 1 is clamped in a clamping device of the gear rolling mill, set in rotation and an inductor is automatically brought up, which causes the gear blank 1 to be heated by high-frequency currents until the plastic state of the region to be formed occurs. Then the hot rolling of the wheel teeth is carried out. During the rolling of the wheel teeth, the wheel base surface 2 and optionally the base surface 4 are cooled by water, which prevents deformations in the zone of the centering surface of the wheel blank.

Eine praktische Anwendung fand das Verfahren beim Herstellen von Kegelrädern für Lastkraftfahrzeuge. Es wird ein Rohling von einer Walzstahlstange mit einem Durchmesser von 170 mm abgetrennt. Der abgetrennte Radrohling wird in einem geteilten Gesenk in zwei Arbeitsstufen durch Stauchen und Formen ge schmiedet. Danach wird der Radrohling unter gleichzeitigem Lochen einer Mittenbohrung entgratet, wobei ein vorbestimmtes Gewicht des Radrohlings zum Walzen von Zähnen erhalten wird.The process found practical application in manufacturing of bevel gears for trucks. It will be a blank from a rolled steel rod with a diameter of 170 mm separated. The separated wheel blank is divided into one Die in two stages through compression and shaping forges. Then the wheel blank is under at the same time Punching a center hole deburred, a predetermined one Weight of the wheel blank for rolling teeth is obtained.

Der Radrohling wird anschließend auf eine beliebige bekannte Weise, beispielsweise durch Kugelstrahlen, von Zunder gereinigt und danach mittels eines Manipulator-Greifarms einer Vorrichtung zum Einspannen des Radrohlings in einem Zahnradwalzwerk zugeführt. In diesem wird er auf eine Stützfläche gesetzt und nach dem Abschnitt 2 der Kegelfläche zentriert, der an die Grundfläche 4 des Radrohlings angrenzt.The wheel blank is then cleaned of scale in any known manner, for example by shot peening, and then fed to a device for clamping the wheel blank in a gear rolling mill by means of a manipulator gripper arm. In this he is placed on a support surface and centered after section 2 of the conical surface, which adjoins the base surface 4 of the wheel blank.

Nach Einschalten des Drehantriebs des Zahnradwalzwerks führt man den Induktor heran, wobei ein gleichbleibender Spalt zwischen der Wirkstromwindung des Induktors und der oberen Stirnfläche des Radrohlings eingehalten wird. Gleichzeitig mit der Erwärmung durch HF-Ströme wird die Grundfläche des Radrohlings und des an die Grundfläche angrenzenden Kegel flächenabschnitts durch Wasserstrahlen gekühlt. Wenn der Bereich der zu walzenden Zähne eine ausreichende Bildsamkeit erreicht hat, wird der Zahnkranz mit einem Zahnwalzwerkzeug gewalzt.After switching on the rotary drive of the gear mill one approaches the inductor, leaving a constant gap between the active current turn of the inductor and the upper one End face of the wheel blank is observed. At the same time with the heating by HF currents, the base of the Wheel blank and the cone adjacent to the base surface section cooled by water jets. If the Adequate plasticity in the area of the teeth to be rolled has reached the ring gear with a tooth rolling tool rolled.

Das beschriebene Verfahren zur Herstellung von warmgewalzten Kegelrädern ermöglicht eine beträchtliche Einsparung an legiertem Stahl. Außerdem ist der notwendige Arbeitsaufwand recht gering, weil die Stufen der Wärmebehandlung und der Drehbearbeitung vor dem Walzen der Radzähne entfallen. Die nötigen Produktionsflächen und Ausrüstungen sowie die inner betrieblichen Transporte zwischen einzelnen Werksabteilungen sind verringert und es werden Elektroenergie und Arbeitswerk zeuge eingespart.The process described for the production of hot-rolled Bevel gears allow for considerable savings alloy steel. In addition, the amount of work required quite low because of the heat treatment and heat treatment stages Turning before rolling the wheel teeth is not necessary. The necessary production areas and equipment as well as the inner company transport between individual plant departments are reduced and there is electrical energy and work witness saved.

Claims

Process for the production of hot-rolled bevel gears with a base ( 4 ), a tapered outer surface ( 3 ) and a rim ( 5 )

- severing a wheel blank ( 1 ) for drop forging;
- Forging the wheel blank ( 1 ) in the die;
- Deburring while simultaneously punching a central bore ( 6 ) in the wheel blank ( 1 );
- Forming a centering surface and a profile of the ring ( 5 ) of the wheel blank ( 1 ) for rolling wheel teeth;
- Centering the wheel blank ( 1 ) according to a centering surface;
- Induction heating of the wheel blank ( 1 );
- hot rolling the wheel teeth,

characterized in that a section ( 2 ) of the conical outer surface ( 3 ) of the wheel blank ( 1 ) is selected as the only centering surface of the wheel blank, said section being adjacent to the base surface ( 4 ) of the wheel blank ( 1 );

- The shaping of the centering surface and the profile of the rim ( 5 ) of the wheel blank ( 1 ) for rolling the teeth takes place during the die forging of the wheel blank;
- And that the rolling of the wheel teeth is carried out with simultaneous cooling of the section ( 2 ) by water jets.